لزوجة كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم

تُقسّم لزوجة كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم إلى عدة درجات وفقًا لاستخداماتها المختلفة. تتراوح لزوجة نوع الغسيل بين 10 و70 (أقل من 100)، ويتراوح الحد الأقصى للزوجة بين 200 و1200 في ديكورات المباني والصناعات الأخرى، بينما تكون لزوجة درجة الغذاء أعلى من ذلك، حيث تتجاوز جميعها 1000، وتختلف اللزوجة بين الصناعات المختلفة.

بسبب نطاق استخداماتها الواسع.
تتأثر لزوجة كاربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم بكتلته الجزيئية النسبية وتركيزه ودرجة حرارته وقيمة الرقم الهيدروجيني، ويخلط مع إيثيل أو كاربوكسي بروبيل سليلوز، الجيلاتين، صمغ الزانثان، الكاراجينان، صمغ الخروب، صمغ الغوار، الأجار، ألجينات الصوديوم، البكتين، الصمغ العربي والنشا ومشتقاته لها توافق جيد (أي تأثير تآزري).

عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني 7، تكون لزوجة محلول كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم في أعلى مستوياتها، وعندما تتراوح قيمة الرقم الهيدروجيني بين 4 و11، يكون المحلول مستقرًا نسبيًا. يذوب كربوكسي ميثيل سليلوز، على شكل أملاح فلزية قلوية وأمونيوم، في الماء. يمكن لأيونات المعادن ثنائية التكافؤ (Ca2+، Mg2+، Fe2+) أن تؤثر على لزوجته. كما يمكن للمعادن الثقيلة، مثل الفضة والباريوم والكروم أو Fe3+، أن تتسبب في ترسبه خارج المحلول. إذا تم التحكم في تركيز الأيونات، مثل إضافة حمض الستريك، وهو عامل مخلب، فيمكن تكوين محلول أكثر لزوجة، مما ينتج عنه صمغ لين أو صلب.

كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم هو نوع من السليلوز الطبيعي، والذي يتم تصنيعه عمومًا من وبر القطن أو لب الخشب كمواد خام ويخضع لتفاعل الأثير مع حمض أحادي كلورو أسيتيك في ظل ظروف قلوية.

وفقًا لمواصفات المواد الخام واستبدال هيدروكسيل الهيدروجين في وحدة السليلوز D-الجلوكوز بمجموعة الكربوكسي ميثيل، يتم الحصول على مركبات بوليمر قابلة للذوبان في الماء بدرجات مختلفة من الاستبدال وتوزيعات مختلفة للوزن الجزيئي.

نظرًا لأن كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم يتمتع بالعديد من الخصائص الفريدة والممتازة، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية اليومية والأغذية والأدوية وغيرها من الإنتاج الصناعي.

من أهم مؤشرات كاربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم لزوجته. ترتبط قيمة اللزوجة بعوامل مختلفة، مثل التركيز ودرجة الحرارة ومعدل القص. ومع ذلك، فإن عوامل مثل التركيز ودرجة الحرارة ومعدل القص هي عوامل خارجية تؤثر على لزوجته.

يُعدّ الوزن الجزيئي وتوزيعه الجزيئي من العوامل الداخلية المؤثرة على لزوجة محلول كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم. ولضبط إنتاج كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم وتطوير أدائه، يُعدّ البحث في وزنه الجزيئي وتوزيعه الجزيئي ذا قيمة مرجعية بالغة الأهمية، بينما تلعب اللزوجة دورًا مرجعيًا محددًا فقط.

قوانين نيوتن في علم الروماتيزم، يُرجى قراءة المحتوى ذي الصلة بـ "علم الروماتيزم" في الكيمياء الفيزيائية، إذ يصعب شرحها في جملة أو جملتين. إذا كان لا بد من توضيحها، فإن إجهاد القص في محلول مخفف من كلوريد الكربون (cmc) قريب من سائل نيوتني يتناسب طرديًا مع سرعة حافة القطع، ويُسمى معامل التناسب بينهما معامل اللزوجة أو اللزوجة الحركية.

تُشتق اللزوجة من القوى بين سلاسل جزيئات السليلوز، بما في ذلك قوى التشتت والروابط الهيدروجينية. وتحديدًا، لا تُعتبر بلمرة مشتقات السليلوز بنية خطية، بل بنية متعددة الفروع. في المحلول، تتشابك العديد من جزيئات السليلوز متعددة الفروع لتكوين بنية شبكية مكانية. كلما كانت البنية أكثر إحكامًا، زادت القوى بين السلاسل الجزيئية في المحلول الناتج.

لتوليد التدفق في محلول مخفف من مشتقات السليلوز، يجب التغلب على القوة بين السلاسل الجزيئية، لذا يتطلب المحلول ذو درجة البلمرة العالية قوة أكبر لتوليد التدفق. لقياس اللزوجة، تُعتبر الجاذبية القوة المؤثرة على محلول CMC. في ظل ثبات الجاذبية، تتمتع بنية سلسلة محلول CMC ذو درجة البلمرة العالية بقوة كبيرة، ويكون التدفق بطيئًا. يعكس التدفق البطيء اللزوجة.

ترتبط لزوجة كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم بشكل رئيسي بالوزن الجزيئي، ولا علاقة لها بدرجة الاستبدال. كلما زادت درجة الاستبدال، زاد الوزن الجزيئي، لأن الوزن الجزيئي لمجموعة الكربوكسي ميثيل المستبدلة أكبر من مجموعة الهيدروكسيل السابقة.

ملح الصوديوم لكربوكسي ميثيل السليلوز، وهو إيثر سليلوز أنيوني، عبارة عن مسحوق أو حبيبة ليفية بيضاء أو بيضاء حليبية، بكثافة تتراوح بين 0.5 و0.7 غ/سم3، عديم الرائحة والطعم تقريبًا، وممتص للرطوبة. يسهل ذوبانه في الماء لتكوين محلول غرواني شفاف، وهو غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية مثل الإيثانول. يتراوح الرقم الهيدروجيني للمحلول المائي 1% بين 6.5 و8.5. عندما يكون الرقم الهيدروجيني >10 أو <5، تنخفض لزوجة كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم بشكل ملحوظ، ويكون الأداء في أفضل حالاته عندما يكون الرقم الهيدروجيني 7.

يتميز هذا المنتج بثباته الحراري. ترتفع اللزوجة بسرعة تحت درجة حرارة 20 درجة مئوية، وتتغير ببطء عند 45 درجة مئوية. التسخين طويل الأمد فوق 80 درجة مئوية قد يُفسد المادة الغروانية ويُقلل اللزوجة والأداء بشكل ملحوظ. يذوب هذا المنتج بسهولة في الماء، ومحلوله شفاف؛ وهو مستقر جدًا في المحاليل القلوية، ويسهل تحلله مائيًا في وجود الأحماض. عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) 2-3، يترسب.